Редкометалльный потенциал нового заполярного супергиганта. Продолжение. На-чало в статье «ЗАЧЕМ И КОМУ НУЖЕН ТОМТОР? Часть I»

Томторский проект – вне конкуренции

Мировым эталоном уникальности среди крупных и богатых ниобием эксплуатируемых месторождений пирохлоровых руд является Араша в Бразилии, представленное корами выветривания карбонатитов со средними содержаниями 2,5% и запасами в 11,5 млн.т N₂O₅ при средних содержаниях сопутствующих РЗМ в 13,5% и фосфора – 15% Р2О5. За счет прямых инвестиций США в освоение Араша через 7 лет после его открытия был организован выпуск пирохлоровых концентратов, а затем и их комплексная переработка на месте с получением в качестве ведущего продукта феррониобия. Впервые в мире здесь было осуществлено интегрирование добычи, обогащения и химико-металлургических переделов исходного сырья в единое производство. С 1980 г. Бразилия полностью прекратила поставки в США пирохлоровых концентратов, заменив их экспортом ниобиевой металлопродукции. В настоящее время Бразилия и компания СВММ являются монополистами на рынке феррониобия и ниобия, экспортируя их в возрастающих объемах более чем в 30 стран, включая Россию.

Конкурентоспособность производства пирохлоровых концентратов и феррониобия (5 тыс.т/год) на месторождении Сент-Оноре в Канаде ограничена несоизмеримо более низкими содержаниями ниобия в рудах (0,65% N₂O₅), эксплуатацией коренных руд подземным способом добычи с глубины 300 м, а также истощением их запасов.

Разведанные в России месторождения пирохлоровых руд, связанных с карбонатитами, включая коровые (Татарское, Белозиминское и др.), многократно уступают Томторскому месторождению по оцененным в его пределах ресурсам руды (~4,5 млрд. т), средним содержаниям и ресурсам ниобия, Р_ЗМ и фосфора (2 млрд.т), а также по ресурсам не характерных для них иттрия и скандия, титана и ванадия, стронция и т.д. В свое время зав. отделом редкометального сырья в ВИМСе профессор А.И.Гинзбург неоднократно отмечал, что содержания ниобия в пирохлоровых рудах Сент-Оноре соответствуют его содержани-ям в отходах обогащения руд Араша, а уровни его концентрации в рудах Белозиминского месторождения еще ниже и примерно соответствуют отходам обогащения руд Сент-Оноре. Кроме того, для значительно более бедного фосфатно-ниобиевого сырья Белози-минского и соседнего Большетангинского месторождений, расположенных в труднодос-тупном горнотаежном районе Иркутской области, в 160 км севернее Транссибирской ж/д, существенно различающихся составами руд и их обогатимостью, для них характерна повышенная радиоактивность с преобладанием урана над торием (0,1–0,2% U₃O₈ и 0,05% Th). Традиционные методы обогащения для коровых фосфатно-ниобиевых руд неэффек-тивны из-за больших потерь полезных компонентов со шламами и известных затруднений в полном разделении редкометалльных и фосфатных концентратов. Эти обстоятельства также десятилетиями препятствуют промышленному освоению указанных выше отечественных месторождений, которые в сравнении с Араша, а теперь и Томтором представляются неконкурентоспособными.

Инновационные технологии

За рубежом наиболее совершенной и эффективной технологической схемой получения феррониобия из пирохлоровых концентратов является разработанная в 80-х годах и усовершенствованная в 2002 г. применительно к рудам Араша комбинированная обогатительно-передельная технология компании СВММ. Она включает: 1) добычу дезинтегрированной коровой руды открытым способом с доставкой ее ленточным конвейером на обогатительную фабрику (3,2 км); 2) доизмельчение руды, получение фракций пирохлора ≤0,1 мм и флотацию с получением концентрата с примесями лимитируемых P₂O₅, S и Pb; 3) освобождение концентрата от лимитируемых компонентов прокаливанием при T = 800–900°С с 25% хлоридом кальция и 5% извести (удаление свинца) и последующим выщелачиванием 5% HCl (удаление фосфора и серы); при этом в фильтрате с растворимым фосфором в виде хлорида удаляется барий, содержания которого в пирохлоре Араша составляют 15–18% (пандаит); 4) пирометаллургический передел рафинированных пирохлоровых концентратов (59–65% Nb₂O₅) на феррониобий в восстановительной среде алюмотермическим способом с добавками в шихту шлакообразующих флюсов – флюорита, извести и гематитового концентрата; электроплавка проводится в печи при T ≥2000^оС с извлечением ниобия в конечный продукт до 96–97% и удалением природных радионуклидов в шлак. Применение восстановительной ликвационной плавки для получения феррониобия выгодно отличается одностадийностью процесса и приемлемыми энергозатратами благодаря добавкам флюсов и экзотермическому характеру реакций в присутствии алюминиевого порошка и перекиси натрия, которые обеспечивают значительный тепловой эффект и самопроизвольное развитие термохимических реакций. Примечательно, что процесс выщелачивания лимитируемых компонентов из пирохлоровых концентратов Араша к настоящему времени также заменен более совершенным пирохимическим: спек концентрата, частично освобожденный от серы, в смеси с углем и стальной стружкой плавится в электродуговой печи, что позволяет удалять из концентрата до 95% фосфора, свинца и до 99% серы.

Разработанные в СССР применительно к пирохлоровым рудам коры выветривания Белой Зимы раздельные обогатительные и передельные схемы, включающие использование гидроциклонов и химической доводки концентратов, оказались малоэффективными из-за недопустимо высоких потерь полезных компонентов со шламами (до 70–75% в опытно-промышленных условиях), невозможности получения рафинированных пирохлоровых концентратов, свободных от примесей фосфора, серы, урана и тория и, наконец, в связи с известными ограничениями использования жидких химических реагентов, требующих надежного захоронения или утилизации. Полная драматизма опытно-промышленная эксплуатация наиболее богатых пирохлором коровых руд на уч. Ягодном (Белая Зима), выработанном в период 1971–1991 гг., позволяла получать концентраты с содержаниями не более 30% Nb₂O₅ при извлечении до 40% и минимальных 3%. Их переработка (после до-водки на Вишневогорском ГОКе) на феррониобий соответствующего качества осуществ-лялась на Ключевском заводе ферросплавов, т.е. на Урале. Отечественные разработки модификаций пирометаллургических методов переработки пирохлора позволили получать алюмоферрониобий и ниобийсодержащие феррофосфатные сплавы, из которых конвертерным способом удалялся фосфор и выделялись ниобиевые шлаки с содержаниями до 20–30% Nb2O5 (за счет новообразованных колумбита и ильменорутила). Эти шлаки пригодны для получения феррониобия алюмотермическим способом. Однако снизить в нем содержания фосфора менее 0,5–0,1% P₂O₅ не удалось. Подобным же образом восстанови-тельной ликвационной плавкой пирохлор- и апатитсодержащих шламов (0,3–2,5% Nb₂O₅ и 2,1% P₂O₅) получали чугун, обогащенный ниобием (до 6,7% Nb₂O₅), а затем при шестикратном переплаве его промпродуктов в окислительной среде – ниобиевые шлаки, содержащие от 13 до 64% Nb₂O₅ с извлечением металла до 97,3%. Однако и в этом варианте не удалось снизить содержания фосфора меньше чем до 0,6–0,3%.

С учетом этих результатов, нами в ИМГРЭ (1982–1983), а затем в ГИГХСе Л.М.Делицыным (1985–1986) были проведены экспериментально-технологические исследования возможностей селективного получения ниобий- и фосфорсодержащих плавленых концентратов в процессе одностадиальной ликвационной плавки в окислительной среде из пирохлоровой шихты Белозиминского и Новополтавского месторождений с добавками в качестве флюсов и агентов расслоения расплава галоидов щелочных металлов. В результате плавки при T = 1000–1100°C с добавками 12–25% солевых компонентов в течение 30–60 мин были получены два контрастных по составу слоя расплава: верхний – щелочно-железисто-силикатный как концентратор ниобия, тантала, циркония и нижний – щелочно-фосфатно-карбонатный как концентратор стронция, радионуклидов и преобладающей части фтора. При этом извлечение ниобия составило 85–87%, а фосфора – 78–81%. Дополнительной полувосстановительной плавкой каждого слоя (плавленого концентрата) были получены образцы чугуна, легированного ниобием с содержаниями фосфора ниже допустимого уровня в легированных ниобием сталях. Очевидно, что переплавом чугуна алюмотермическим способом (вместо авторского углетермического) с последующим конвертированием ниобиевого термопродукта могут быть получены обесфосфоренные товарные ферро-ниобиевые лигатуры. Восстановительной плавкой фосфатного слоя достигается выделение его в газовую фазу с получением желтого фосфора, а из шлака – фторида кальция. Таким образом, этот способ может служить основой разработки комбинированной инновационной технологии переработки высококомплексных коровых руд Томтора и природных редкометалльных концентратов россыпей уч. Буранный с учетом специфики бразильского технологического опыта на рудах и концентратах Араша.

В то же время необходимо иметь в виду наличие разнообразных российских технологических разработок на лабораторном уровне по извлечению широкого комплекса сопутствующих ниобию и фосфору редких элементов – Sc, Y, Eu, Sm, Nd, Pr и других представителей группы Р_ЗМ, а также тория химикотехнологическими методами с применением автоклавного вскрытия руды щелочным раствором, хлоридно-кислотного выщелачивания, электролиза и экстракционных методов. Комбинированное применение этих методов позволяет также получать щелочной алюминатный раствор, промежуточные соединения бария и стронция, получение безводного хлорида алюминия (AlCl₃), из сбросных растворов – 31,5% HCl, 40% раствора NaOH (щелочи), с осаждением фосфата натрия (Nа₃PO₄), поскольку они участвуют в технологическом процессе. Остальные продукты являются твердыми отходами производства, практическое применение которых и товарная ценность могут быть определены в процессе комплексного промышленного освоения месторождения.